Булдозери за открити въглищни мини
За всяка една мина инвестициите в спомагателни машини, към които спадат булдозерите, са голямо перо, особено като се калкулират и разходите за експлоатацията и поддръжката им. Сумите могат да достигнат до 20% от общите годишни разходи на рудника. Ето защо за аргументирания избор на подходящ булдозер е необходимо сериозно осмисляне не само неговите конкретни задачи и наличните работни условия в мината, но и на технологичните решения, предлагани от съответните производители.
Текст: списание Енергия
снимка: DRESSTA
Постигането на висока производителност, ефективност, безопасност и респективно желаната рентабилност налагат едно по-задълбочено познаване на съвременните булдозери като техника и вложени технологии. На следващите страници ви предлагаме основните въпроси и изходни положения, които трябва задължително да се вземат предвид.
Класове и видове булдозери
Булдозерите могат да бъдат класифицирани според техните ключови технически и работни характеристики. Според мощността на дизеловия двигател те се делят на три основни класа: малък (до 130 к. с.), среден (от 130 до 360 к. с.) и тежък клас (от 360 до 1000 к. с.). Малките булдозери работят основно в горското стопанство и озеленяването. Най-масовият клас е средният и той намира приложение в много дейности: пътно строителство, добив на инертни материали и руди, депониране и рециклиране на отпадъци, и др. Тежкият клас се предпочита в големите мини.
В добива на въглища се разчита на булдозери с мощност от 200 к. с. нагоре. Все пак, изборът на модел с конкретна мощност ще зависи от желаната производителност. Според вида на задвижването има булдозери с хидродинамично, с хидростатично и с дизел-електрическо и задвижване. Основно разграничение от гледна точка на ходовата част може да се направи между машините с издигната и с ниско разположена звездочка. Всеки един от тези варианти има своите специфики и предимства, които ще бъдат разгледани по-нататък.
Факт е, че се предлагат и колесни булдозери, но в днешно време тяхното приложение е съвсем ограничено. Понастоящем почти всички булдозери се произвеждат с верижна ходова част. Както е в общия случай с минната техника, производителите на булдозери за работа във въглищни рудници са сравнително малък брой. Популярни у нас са редица съвременни марки. Разбира се, в българските въглищни мини могат да се видят също и по-стари булдозери от вече несъществуващи марки, които са изчезнали, защото съответните заводи производители са закрити или са изкупени от някоя водеща марка.
Приложение на булдозерите във въглищните мини
Въглищните мини могат да бъдат различни по своя мащаб, с различни технологии за добив, с прекъсваем или непрекъсваем (денонощен) цикъл на работа. При всички случаи в тях се използва спомагателна техника, от която най-голям дял се пада на булдозерите. В големите мини, където се работи денонощно, основното добивно оборудване се състои от големи роторни многокофови багери, насипообразуватели (абзетцери) и големи лентови транспортьори. С такива машини може да се постигне производителност до 240 000 куб. м разкривка на ден, поради което изискванията към спомагателната техника са много високи - тя трябва да осигури необходимите условия за непрекъсваемия добив на въглища, в т. ч. адекватно и своевременно оползотворяване на огромната производителност на основната добивна техника.
Главната работна функция на булдозера е врязване на греблото в земята на определена дълбочина, изкопаването и избутването на материала до определеното място, но машината може да изпълнява и много други задачи. В частност той се използва за проправяне на пътища, по които ще се транспортират багери и абзетцери, оформяне на рампи, подравняване на терени, теглене на други машини, избутване и разстилане на купове от различни материали, избутване на разпръснат материал в работната зона на роторния многокофов багер, профилиране на наклони, почистване на стъпала и др. Булдозерът се използва също за избутване и оформяне на купове/депа от въглища.
Важно е да се отбележи, че във въглищните мини булдозерите работят при тежки условия. Те манипулират с материали с различни физико-механични свойства и в най-различни атмосферни условия: много високи температури, в съчетание с висока запрашеност на въздуха (през лятото), дълбока кал, висока влажност на въздуха, или много ниски температури, в комбинация с дълбок сняг или лед (през зимата). В същото време изпълнението на посочените по-горе разнообразни задачи натоварва машината по различен начин, може да изисква честа смяна на посоката и скоростта на придвижване, което поставя на изпитание задвижването, ходовата част и хидравликата є.
Задвижвания при минните булдозери
В основата на задвижването на съвременния минен булдозер е мощният дизелов двигател. Той трябва да е съобразен с актуалните екологични изисквания на ЕС по Етап V. При отделните производители това се постига чрез едновременно съчетаване на няколко технологии. Това например може да бъде селективна каталитична редукция (SCR) с AdBlue, дизелов окислителен катализатор (DOC) и филтър за частици (DPF). Други възможности са рециркулация на изгорели газове (EGR), селективна каталитична редукция (SCR) с AdBlue и филтър за частици (DPF), а така също и селективна каталитична редукция (SCR) с AdBlue със или без дизелов окислителен катализатор (DOC) в зависимост от мощността. Изброените допълнителни системи за третиране на изгорелите газове имат редица специфики при тяхната експлоатация и поддръжка и те трябва да се уточнят детайлно с доставчика на булдозера.
Три от марките - Caterpillar, Komatsu и Liebherr, влагат двигатели собствено производство. Останалите компании разчитат най-често на марката Cummins, но също и на Perkins и FPT. Най-традиционното задвижване при булдозерите е хидродинамичното (с хидротрансформатор). През последните десетилетия то бе значително усъвършенствано с цел повишаване на производителността и намаляване на разхода на дизел. Все по-голямо приложение намират напълно автоматичните скоростни кутии, които от тристепенни вече стават четиристепенни. Добавянето на още една предавка между първа и втора, както е при Caterpillar например, осигурява по-плавно превключване. Голямото удобство за оператора е, че той не трябва да сменя предавки - просто задава скоростта на придвижване, а трансмисията избира най-подходящата предавка и обороти на двигателя за изпълняваната задача.
При по-тежките модели значителен принос за повишаване на горивната ефективност има използването на хидротрансформатор със статорен съединител. При леко натоварване статорът се освобождава с цел икономии на гориво. Той автоматично се включва при увеличаване на натоварването. Съвременните модели използват хидротрансформатори с автоматично заключване за подаване на цялата мощност на двигателя директно към трансмисията. Така се елиминират загубите на мощност в силовия тракт и може да се пести до 10% от горивото. При съвременните булдозери, за постигане на максимална ефективност, операторът има възможност да избере между два или три работни режима: Мощен и Икономичен или Стандартен, Мощен и Икономичен.
Той може да зададе режим за използване на точно определени предавки за движение напред и назад в зависимост от изпълняваната задача, или конкретна скорост за придвижване, когато не се използва греблото или рипера, както е при Komatsu. В наши дни все повече производители залагат на хидростатична трансмисия. Има такива, които произвеждат булдозери само с хидростатично задвижване като Liebherr, а има и такива, които предлагат на клиентите си модели с хидростатична и с хидродинамична трансмисия. При хидростатиката използването на висококачествени и надеждни хидравлични помпи и хидромотори, които почти не се износват, осигурява по-безпроблемна експлоатация и по-малко престои за сервизиране. Тук от задвижването са елиминирани компоненти, подлежащи на висока степен на износване: хидротрансформатори, многостепенни скоростни кутии, съединители за завиването и отделна спирачна уредба.
Сред предимствата на най-съвременните хидростатични трансмисии трябва да се отбележат плавната работа и автоматичното адаптиране на скоростта на движение според натоварването на греблото. Мощността на двигателя се предава винаги към двете вериги без прекъсвания. Това позволява прецизно завиване с голяма мощност, а приплъзването на веригите е минимално. В тесни места хидростатиката осигурява бързо и безпроблемно завиване - дори на 360° на място. Особеност при Komatsu е, че се съчетава хидродинамичното задвижване с хидростатична система за завиването с цел по-пъргава реакция и прецизно вземане на завоите. По този начин и двете вериги се задвижват без прекъсване на потока от мощност, което позволява плавно завиване, съчетано с голяма сила на избутване с греблото дори по разкаляни терени или наклони.
Булдозерите с дизел-електрическо задвижване бяха доста популярни през ХХ в. В днешно време има само един водещ световен производител - Caterpillar, който предлага булдозери с такъв вид трансмисия. Тя е съставена от дизелов двигател, бордови електрогенератор, инвертор и електромотор. В сравнение с машините от миналия век технологията е много по-усъвършенствана и надеждна. Тя предлага изобилие от мощност, оптимално охлаждане на основните компоненти, значителни икономии на дизел в определени приложения, както и много по-ниски разходи за поддръжка (движещите се компоненти са с 90% по-малко от традиционна трансмисия тип Power Shift).
Ходова част и вериги
Както бе споменато и по-горе, верижната ходова част на булдозерите може да се различава според разположението на звездочката. В класическия случай тя е ниско разположена - на едно ниво с ленивото колело. През 1973 г. Caterpillar създава 86-тонен минен булдозер с мощност 700к. с. и верижна ходова част с издигната звездочка. Според производителя конструкцията с издигната звездочка е по-защитена, осигурява по-голяма контактна повърхност на веригата с терена и съответно по-голяма теглителна сила, намалява сътресенията от неравните повърхности и респективно удължава живота на ходовата част, както и повишава комфорта за оператора.
Заради по-различния начин, по който се вместват в шасито основните възли и агрегати, разположението на кабината също е оптимизирано и предлага на оператора много по-добра видимост назад. През 1985 г. тази концепция е приложена и при булдозерите Caterpillar от средния клас (130-350 к. с.). В допълнение към вече изброените предимства, при по-леките машини в става възможно тяхното много по-прецизно балансиране (оптимално разпределение на масите). Тази концепция днес се използва не само от Caterpillar, но и от други марки булдозери - например Liebherr и Dressta.
Друг важен момент при верижната ходова част е нейната издръжливост на дълга експлоатация. Повечето големи производители имат специални варианти, които чрез специфично съчетаване на отделните компоненти: ролки, линкове, втулки, щифтове и т. н., осигуряват много по-дълъг експлоатационен живот на ходовата част. Например Komatsu предлага като опция верижна ходова част Plus, осигуряваща два пъти по-дълъг живот. По-бавното износване на втулките и венеца на звездочката е постигнато, чрез влагане на два вида линкове - външен и вътрешен с успореден монтаж. От Liebherr предлагат например вериги със свободно въртящи се втулки (FTB), които спомагат за минимизиране на износването на траковете и венеца на звездочките. Освен това звената на веригите и ролките имат предвидени по-големи износваеми сегменти.
Не на последно място трябва да се обърне внимание на вида на самата верига. За различните видове терени производителите предлагат различни видове тракове. По-широките с по-нарядко разположени ребра са подходящи за много разкаляни терени (обикновено се отбелязват като LGP). Когато теренът е каменист се предпочитат по-тесни вериги с повече ребра. Конкретният избор на траковете трябва да се направи много внимателно чрез консултация с представител на производителя. Неправилният им подбор обикновено води до много и различни проблеми, в т. ч. лоша проходимост в съчетание с ниска производителност, преразход на гориво, чести аварии и престои за ремонт на ходовата част, и др.
Работни органи
За да изпълни максимално производително, ефективно и прецизно дадената задача, булдозерът трябва да бъде оборудван и с правилното гребло. Днес на пазара се предлагат над 20 вида гребла. Някои са предназначени за изпълнение на различни видове задачи или избутване на различни материали, а други - само за една единствена дейност. Най-популярните видове гребла в мините според тяхната форма са право, универсално и полууниверсално.
Специализираното гребло за въглища обикновено е с много голям капацитет, предвид малката специфична маса на този материал. Например булдозер с тегло 70 т и мощност на двигателя 515 к. с. може да се оборудва с гребло за въглища с капацитет от 40 до 50 куб. м, при положение, че машината използва стандартно универсално гребло от 23 куб. м. Някои производители предлагат модели с по-особена форма. Например запазена марка на Komatsu е Sigmadozer - гребло със специфична конструкция, което предлага с 15% по-голяма производителност в сравнение с полууниверсалното със същата ширина.
Важни са и възможностите за позициониране на греблото, т. е. неговите работни движения. Едни от най-популярните модели са с 6 степени на свобода (6 посоки на движение): издигане и спускане на цялото гребло, издигане и спускане само на левия, съответно само на десния му край, промяна на ъгъла на греблото чрез странично завъртане наляво и надясно.
В днешно време при минните булдозери се предлагат и варианти с 8 степени на свобода. Добавят се още две движения: наклоняване на греблото напред и назад, при което се променя ъгълът на атака спрямо повърхността. Тези допълнителни движения на греблото се регулират не хидравлично, както останалите, а механично в три различни позиции (наклона) на греблото. Така операторът може не просто да бута материала с греблото, а да го пренесе ефективно до крайната точка с по-висока скорост.
В мините често се използва единичен рипер, който се монтират в задната част на булдозера. Неговата задача е да разкърти обработвания терен, ако той е много сбит или е скалист. Оптимизираната геометрия на единичния рипер позволява не само мощно проникване в дълбочина, но и ефективно извеждане нагоре на разкъртения материал. Тройните рипери се използват за разрохване на по-малка дълбочина, но с по-висока скорост.
Оформените купове/депа от въглища често се налага да бъдат обработвани допълнително заради опасността от свличане на част от материала надолу, ускорена ерозия, окисляване и дори самозапалване. За намаляване на тези рискове се използват специални уплътняващи барабани (валяци), които се монтират към булдозера. С тяхна помощ се елиминират въздушните кухини с цел намаляване на възможността от нагряване на въздуха в тях и самозапалване. За качването върху купа и изпълнение на валирането се разчита на булдозери с отлично разпределение на масите и запазване на стабилността им по надлъжни наклони от 25° и странични от 20°.
Съвременни системи за управление
Както в много други браншове, един от сериозните проблеми в рудниците днес е липсата на квалифицирани кадри, в т. ч. оператори на минна техника. Този факт се утежнява от обстоятелството, че булдозерите са трудни за управление машини, изискващи доста опит. Ето защо съвременните производители инвестират все повече в технологии и системи (сателитна навигация, сензори, дистанционно управление и др.), които да компенсират по-малкия опит и по-ниското ниво на знания и умения на една част от операторите и дори да намалят до минимум човешкия фактор.
По-популярните и вече стандартни технологии за управление на булдозери, подпомагащи действията на операторите, са т. нар. „асистенти“ и системите за насочване. Една от тях например е функцията за стабилизиране на позицията на греблото. Тя реално допълва действията на оператора и му помага да профилира терена не само по-гладко, но и по-бързо. Тази функция може да се автоматизира и да поддържа автоматично такава позиция на греблото, която осигурява избутването на максимално възможното количество материал, без да се получава приплъзване на веригите вследствие на претоварване. Такъв тип функция може да работи както в рамките на цялостно триизмерно управление, така и без него.
Близка до тези технологии е системата за отчитане на натоварването на греблото. Тя извежда на дисплея в кабината в реално време действителното натоварване и го сравнява с оптималното, предвид състоянието на терена (за целта се следи и поведението на веригите). Отделно булдозерът може да бъде оборудван със система за управление на сцеплението на веригите с повърхността. Ако се установи буксуване, системата временно намалява мощността, подавана към ходовата част, така че междувременно операторът да може да промени позицията на греблото и съответно неговото натоварване. Практичен е асистентът за управление на греблото, който може да предложи за всеки вид работа: профилиране, избутване или разстилане, възможност за предварително задаване на подходящи за всяка задача позиции на греблото.
След това операторът само избира съответния вид работа чрез натискане на бутон. Съвременните минни булдозери могат успешно да използват триизмерно управление със сателитна навигация и съответно сензори в хидравличните цилиндри на греблото за неговото прецизно позициониране и автоматизиране на работата. Някои от предлаганите 3D-системи на пазара имат по три работни режима в зависимост от потребностите и конкретните работни условия в мината: Грубо подравняване, Поддържане на зададения профил и Управление на профилирането.
През последните години все по-актуална става темата за дистанционното управление на булдозерите в мините - без оператор в кабината. Единият вариант е използването на устройство (конзола) за дистанционно управление с джойстици, бутони и радио връзка, като операторът е сравнително близо - до 400 м. Другият е управление чрез интернет връзка 5G от голямо разстояние - например от административна сграда на мината, където са разположени уреди за управление и големи екрани, получаващи в реално време изображения от системата от камери, разположени по булдозера.